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대사 노폐물

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1. 개요

질소 노폐물은 생물체에서 단백질 대사 과정에서 생성되어 배출되는 질소 화합물을 의미하며, 암모니아, 요소, 요산, 크레아티닌 등이 있다. 이러한 노폐물은 동물의 소변 또는 대변을 통해 배설된다. 암모니아 배출은 암모니아 형태로 질소 노폐물을 배출하는 것으로, 많은 양의 물이 필요하며 해양 생물에서 주로 나타난다. 요소 배출은 요소를 통해 질소 노폐물을 배출하는 방식으로, 육상 동물에서 흔히 나타나며 암모니아 배출보다 물의 소모가 적다. 요산 배출은 요산 형태로 질소 노폐물을 배출하며, 곤충, 조류, 파충류 등에서 나타난다. 이 외에도 기체 노폐물(이산화 탄소, 산소, 질소, 암모니아), 액체 노폐물(물), 고체 노폐물(질산염, 아질산염, 유기 색소, 탄산염, 인산염 등)이 있다.

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대사 노폐물
일반 정보
정의대사 과정에서 생성되어 생물체에서 배출되어야 하는 불필요하거나 독성이 있는 물질
관련 항목배설
항문
방광
결장
신장
땀샘
요도

2. 질소 노폐물의 종류와 배설

생물에서 과잉의 질소가 제거되는 형태의 질소 화합물을 '''질소 노폐물'''(nitrogenous waste 또는 nitrogen waste영어)이라고 한다. 질소 노폐물로는 암모니아, 요소, 요산크레아티닌이 있다. 이들 물질은 모두 단백질 대사에서 생성된다. 많은 동물에서 이러한 노폐물의 주요 배설 경로는 소변이며, 일부에서는 대변이다.[6]

질소 노폐물은 배설되는 형태에 따라 암모니아 배출, 요소 배출, 요산 배출로 분류할 수 있다.

사람을 포함한 유인원은 주로 요소 배출을 하지만, 요산 배출도 어느 정도 일어난다. 요산은 신장 결석 및 통풍과 같은 문제를 일으킬 수 있지만, 혈액의 항산화제 역할도 한다.[7]

2. 1. 암모니아 배출

암모니아암모늄 이온의 형태로 질소 노폐물을 배출하는 것을 암모니아 배출성(ammonotelism)이라고 한다. 암모니아(NH3)는 단백질탄수화물로 전환될 때 단백질로부터 제거되는 아미노기(–NH2)의 산화에 의해 형성된다. 암모니아는 조직에 대해 매우 독성이 강한 물질이며, 물에 아주 잘 용해된다. 암모니아의 형태로는 하나의 질소 원자만 제거된다. 암모니아 배설에는 많은 양의 물이 필요하며, 독성을 방지하기 위해 배설액의 암모니아 수준을 체액 수준 이하로 유지하려면 질소 1g당 약 0.5L의 물이 필요하다. 따라서 해양 생물은 암모니아를 물 속으로 직접적으로 배출하며, 이를 '''암모니아 배출'''(ammonotelic영어)이라고 한다.[6] 암모니아 배출 동물에는 갑각류, 편형동물, 자포동물, 해면동물, 극피동물 및 기타 수생 무척추동물이 있다.[7]

2. 2. 요소 배출

요소 배출은 요소 형태로 질소 노폐물을 배출하는 것을 의미한다. 주로 양서류포유류를 포함한 육상 동물은 암모니아를 요소로 전환하는데, 이 과정은 콩팥에서 일어난다. 암모니아를 요소로 전환하여 배출하는 것을 '''요소 배출'''(ureotelic영어)이라고 한다.[7] 요소는 암모니아보다 독성이 덜한 화합물이다. 요소를 통해 두 개의 질소 원자가 제거되며, 배설에 필요한 물의 양도 적다. 질소 1g을 배설하는 데 0.05L의 물이 필요한데, 이는 암모니아 배설 생물에 필요한 물의 약 10%에 불과하다.

요소 배설을 하는 동물들을 '''요소 배출 동물'''이라고 한다.[3]

2. 3. 요산 배출

요산 배출성(uricotelism)은 요산의 형태로 질소 노폐물을 배출하는 것을 의미한다. '''요산 배출'''(uricotelic영어) 동물에는 곤충, 및 대부분의 파충류가 포함된다.[7] 요산은 요소보다 생성에 더 많은 대사 에너지가 필요하지만, 독성이 낮고 물에 대한 용해도가 낮아 포유류의 액체 소변에 비해 대변에 있는 작은 부피의 반투명한 흰색 현탁액으로 농축될 수 있다.[7]

요산 배설은 과도한 질소를 요산 형태로 배설하는 것이다.[4] 요산 배설 동물에는 곤충, 조류 및 대부분의 파충류가 포함된다.[3] 요산은 요소보다 생성에 더 많은 대사 에너지가 필요하지만, 독성이 낮고 물에 대한 용해도가 낮아 포유류의 액체 소변에 비해 소량의 풀처럼 굳은 흰색 부유물로 농축될 수 있다.[3]

유인원과 사람은 요소 배출을 주로 하지만, 요산 배출도 어느 정도 한다. 요산은 신장 결석 및 통풍과 같은 문제를 일으킬 수 있지만, 혈액의 항산화제 역할도 한다.[3]

3. 기타 노폐물

생명체는 질소 노폐물 외에도 다양한 대사 과정을 통해 여러 종류의 노폐물을 생성하고 배출한다.

3. 1. 기체 노폐물

산소(O2)는 식물과 일부 세균에서 광합성을 통해 생성되는 반면, 이산화 탄소(CO2)는 모든 동물과 식물의 세포 호흡 결과 생성되는 노폐물이다.[8] 질소(N2)는 탈질산화 세균에 의해 생성되며, 부패에 관여하는 세균은 대부분의 무척추동물척추동물처럼 암모니아를 생성한다.[8]

3. 2. 액체 노폐물

물은 동물과 광합성을 하는 식물에서 나오는 유일한 액체 노폐물이다.[8][5]

3. 3. 고체 노폐물

질산염아질산염은 질산화 세균에 의해 생성되는 노폐물이며, 황산염은 황환원 세균과 황산염환원 세균에 의해 생성되는 노폐물이다.[8] 불용성 철 노폐물은 가용성 형태를 사용하여 철산화 세균에 의해 생성될 수 있다.[8] 식물에서는 수지, 지방, 왁스 및 복합 유기 화합물이 배출된다. 예를 들어 고무나무와 유액에서 라텍스가 배출된다. 고체 노폐물은 헤모글로빈과 같은 색소의 분해 과정에서 유래된 유기 색소로 만들어질 수 있으며, 탄산염, 중탄산염 및 인산염과 같은 무기염은 이온 또는 분자 형태의 고체로 배설된다.[8]

동물은 고체 노폐물을 대변의 형태로 처리한다.

참조

[1] 서적 Hyman's Comparative Vertebrate Anatomy https://books.google[...] University of Chicago Press 2013-05-06
[2] 논문 Ammonia, urea, and H+ distribution and the evolution of ureotelism in amphibians http://jeb.biologist[...]
[3] 서적 Basic Physiology https://books.google[...] PHI Learning Pvt. Ltd.
[4] 서적 Zoology at a Glance https://books.google[...] Scientific Publishers 2014-01-01
[5] 문서 "excretion." Encyclopædia Britannica. Encyclopædia Britannica Ultimate Reference Suite. Encyclopædia Britannica 2010
[6] 논문 Ammonia, urea, and H+ distribution and the evolution of ureotelism in amphibians http://jeb.biologist[...]
[7] 서적 Basic Physiology https://books.google[...] PHI Learning Pvt. Ltd.
[8] 문서 "excretion." Encyclopædia Britannica. Encyclopædia Britannica Ultimate Reference Suite. Encyclopædia Britannica 2010



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